Question

18．金屬鈦是重要的航天、航海材料，鈦因其硬度大，熔點高，常溫下不和非金屬、強酸反應，被譽為“未來金屬．”由鈦鐵礦（主要成分為鈦酸亞鐵，化學式為FeTiO₃）、焦炭、氧氣為原料，提取金屬鈦的主要工藝過程一般需要經過三個階段：

（1）反應前需要將鈦酸亞鐵和焦炭磨成粉末狀的原因是為了增大反應物之間的接觸面積；鈦酸亞鐵（FeTiO₃）中鈦元素為+4價．
（2）反應①中焦炭除了作還原劑還原金屬礦物外，另一個重要作用是作燃料，提供反應所需要的能量．
（3）反應②中TiO₂與C、Cl₂在高溫下反應，生成TiCl₄和一種有毒氣體，該氣體是一種氧化物，其化學式為CO．
（4）高溫條件下，鎂可以與TiCl₄發生置換反應制得金屬鈦，請寫出此反應的化學方程式TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti．
（5）如何從反應③后的固體中獲得金屬鈦：向固體中加入足量稀鹽酸（或稀硫酸），充分反應后過濾，洗滌，干燥．

Answer 1

分析 （1）根據反應物之間的接觸面積以及化合價的計算方法來分析；
（2）根據碳的化學性質來分析；
（3）根據化學反應前后原子的種類和數目不變求物質的化學式；
（4）根據題中信息結合化學方程式的書寫分析；
（5）根據金屬鈦的化學性質來分析．

解答 解：（1）反應前將鈦酸亞鐵和焦炭磨成粉末狀是為了增大反應物之間的接觸面積；鈦酸亞鐵的化學式為FeTiO₃，其中鐵元素的化合價為+2價，氧元素的化合價為-2價，因化合物中元素化合價的代數和為0，設鈦的化合價為x，則（+2）+x+（-2）×3=0，解得x=+4．故答案為：為了增大反應物之間的接觸面積；+4；
（2）碳燃燒時會釋放出大量的熱，為化學反應的進行提供了能量；故填：作燃料，提供反應所需要的能量；
（3）Ti₂O₂與C、Cl₂在高溫下反應，生成TiCl₄和一種有毒氣體，該氣體是一種氧化物，該氣體是一氧化碳，故填：CO；
（4）根據題中信息，鎂與TiCl₄在高溫條件下反應生成金屬鈦和氯化鎂，該反應的化學方程式為TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂；故填：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；
（5）鈦常溫下不和強酸反應，而鐵與酸能反應，所以從反應③后的固體（鐵和鈦的混合物）中獲得金屬鈦的方法是向固體中加入足量稀鹽酸（或稀硫酸），充分反應后過濾，洗滌，干燥．故填：向固體中加入足量稀鹽酸（或稀硫酸），充分反應后過濾，洗滌，干燥．

點評 本題考查物質的制備實驗方案的設計，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意把握實驗的基本原理和物質的性質．